Trace-Cobalt Surface Engineering of Ni-Rich Co-Free Cathodes Unlocks High-Power Density and Long-Cycle Life in Pouch-Type Li-Ion Batteries

材料科学 阴极 功率密度 化学工程 小袋 跟踪(心理语言学) 离子 功率(物理) 化学 冶金 热力学 物理化学 地质学 有机化学 古生物学 物理 语言学 哲学 工程类
作者
Haifeng Yu,Zhihua Ren,Zhihong Wang,Hui Sun,Ling Chen,Hao Jiang,Chunzhong Li
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (42): 37314-37323
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c12594
摘要

Layered Ni-rich Co-free cathodes offer compelling advantages in energy density and cost-effectiveness, but their practical deployment is significantly hindered by structural instability and sluggish charge transfer kinetics. Herein, we report a spinel Li1-xCoO2 surface-engineered LiNi0.92Mn0.05Al0.03O2 (Co-NMA) cathode with only ∼2000 ppm Co, in which the efficient utilization of trace Co dramatically enhances both structural integrity and interfacial reaction kinetics. Comprehensive in/ex situ spectrochemical analyses reveal that surface engineering effectively suppresses parasitic interface reactions with negligible O2/CO2 emission in the first charge process. Concurrently, spinel Li1-xCoO2 facilitates faster Li+ diffusion and electron transfer, resulting in lower electrochemical polarization and higher phase-transition reversibility. Consequently, the Co-NMA delivers a high reversible capacity of 225.3 mAh g-1 at 0.1C and an initial Coulombic efficiency of 93.4%. It retains 62.1% of its capacity retention even at 10C, greatly outperforming the corresponding quaternary NMCA (54.2%) and NMA (49.1%). In pouch-type full cells, the Co-NMA sustains an extended cycle life over 650 cycles with 80% capacity retention, far surpassing NMCA (<320 cycles) and the reported NMA-based cathodes.
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